基于CAN总线的涡街流量计

　　0　引言

　　流量测量广泛地应用于工农业生产、国防建设、科学研究、产品贸易输送以及人民日常生活等各个领域,流量测量的好坏对生产质量,供需争议,能源的利用等也有很大影响,特别像我国这样一个能源消耗大国,流量测量的作用更是非常重要。为了对流量进行准确的测量,就必须研究不同流体在不同条件下的流量测量方法,并提供相应的测量仪表,即流量计。对于封闭管道的流量测量到目前为止,使用的工具主要有速度式流量计、容积式流量计、质量流量计等几十种流量计,每种各有特点。由于速度式中的涡街流量具有其他流量计不可兼得的优点,结构简单而牢固,无可动部件,可靠性高,压损小,运行费用低,量程宽等,是一种新型的流量测量仪表[3],它正随着传感器及单片机技术的发展而不断改进完善。

　　随着现代工业的自动水平不断提高,在很多情况下需要集中监测多个流量点,如石油注水开采过程中,为了保持开采效果、保护地下环境以及日后分析注水数据,需要对注水量进行监测,需要测量的节点往往几百个以上,因此如何精确地对多点进行流量监测,就需要将流量计通过一种标准的总线接口联成流量系统。

　　1　涡街流量系统的硬件组成

　　系统由上位机和下位机两部分组成。上位机的任务是完成对总线上所有节点流量状况监控,获取各节点瞬时流量和累积流量数据,并对数据作后续处理,即保存、显示、统计、查询及报表工作,主要由工控机、CAN通信适配卡、打印机等构成。下位机的主要任务是将各种信号转变为电信号,经放大整形、模数转换、积算、显示、保存等处理,通过RS232与上位机通讯,或通过CAN总线接口与上位机交换数据。下位机仪表系统主要由涡街流量传感器、压力和温度传感器、转换部分、智能流量积算仪等构成的智能涡街流量计。网络拓扑结构采用总线式结构,此种结构虽然比环形结构信息吞吐率低,但结构简单、成本低,并且采用无源抽头连接,系统可靠性高。CAN总线连接各个网络节点,形成多节点网络,传输介质采用双绞线。因为本系统应用在工业现场,为进一步提高系统的抗干扰能力,在控制器和传输介质之间增加了高速光耦进行光电隔离[2],流量节点采用了电池供电,并具有掉电保护等措施。

　　流量系统的总原理图如图1(图中只画了多个智能节点中的一个完整节点,在CAN总线最多可以挂110个节点),器件全部选用低功耗器件。单片机选用TI公司的具有超低功耗的16位MSP430F149单片机,该单片机的工作电压范围很宽为1·8~3·6 V,系统功耗极低,特别适合用在干电池供电的仪表。